آلیاژهای نیکل به دلیل خواص مکانیکی خوب، مقاومت به خوردگی در دماهای بالا، در صنایع مختلفی از جمله هوافضا، پتروشیمی و صنایع شیمیایی کاربرد دارند. اما جوشکاری این آلیاژها به دلیل ویژگی‌های خاص متالورژیکی آن‌ها چالش‌برانگیز است. این متن به بررسی اصول، فرآیندها و نکات کلیدی جوشکاری آلیاژهای نیکل می‌پردازد.
خواص آلیاژهای نیکل و تأثیر آن بر جوشکاری
• رسانایی حرارتی پایین: آلیاژهای نیکل دارای رسانایی حرارتی کمتری نسبت به فولادهای کربنی هستند. این ویژگی باعث می‌شود حرارت در هنگام جوشکاری به‌آرامی پخش شود و مناطق حرارت‌دیده (HAZ) باریک‌تری ایجاد شود.
• انبساط حرارتی بالا: انبساط حرارتی بالای آلیاژهای نیکل می‌تواند باعث اعوجاج یا تنش‌های داخلی شدید در قطعات جوشکاری شده شود و نیاز به تنش گیری پس از جوشکاری امری اجتناب ناپذیر است.
• حساسیت به ترک‌خوردگی: آلیاژهای نیکل به دلیل ترکیبات شیمیایی و ساختار متالورژیکی خود به ترک‌های گرم و سرد حساس هستند.
فرآیندهای رایج جوشکاری
1. جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود دستی (SMAW)
در این روش، از الکترودهای خاص حاوی نیکل یا آلیاژهای آن استفاده می‌شود. این فرآیند برای جوشکاری قطعات ضخیم و تعمیرات مناسب است.
2. جوشکاری قوس الکتریکی با گاز محافظ (GTAW/TIG)
جوشکاری TIG به دلیل دقت بالا و کیفیت اتصال مناسب، برای آلیاژهای نیکل توصیه می‌شود. از گاز آرگون یا مخلوط آرگون-هلیوم به‌عنوان گاز محافظ استفاده می‌شود.
3. جوشکاری قوس الکتریکی با سیم مصرفی (GMAW/MIG)
این فرآیند برای جوشکاری‌های سریع و اتوماتیک مناسب است. سیم جوش مورد استفاده باید از آلیاژ مشابه یا سازگار با فلز پایه باشد.
4. جوشکاری لیزری و الکترونی
این روش‌ها برای ایجاد جوش‌های دقیق با کمترین اعوجاج و مناطق حرارت‌دیده محدود در صنایع پیشرفته به کار می‌روند.
نکات کلیدی در جوشکاری آلیاژهای نیکل
• آماده‌سازی سطح: تمیزی سطح از آلودگی‌هایی مانند روغن، اکسیدها و رطوبت ضروری است، زیرا این آلودگی‌ها می‌توانند باعث ترک‌خوردگی یا ایجاد تخلخل در جوش شوند.
• پیش‌گرم و پس‌گرم: در صورت نیاز، پیش‌گرم کردن قطعه به کاهش تنش‌های حرارتی و جلوگیری از ترک کمک می‌کند. همچنین پس‌گرم کردن برای کاهش تنش‌های پسماند و بهبود خواص جوش مفید است.
• انتخاب مواد مصرفی مناسب: استفاده از الکترود یا سیم جوش حاوی نیکل یا ترکیبات سازگار با فلز پایه بسیار مهم است.
• کنترل حرارت ورودی: کاهش سرعت جوشکاری و استفاده از تنظیمات مناسب برای کنترل حرارت ورودی می‌تواند به جلوگیری از ترک‌خوردگی کمک کند.
عیوب رایج و روش‌های پیشگیری
1. ترک گرم
این عیب در دماهای بالا و به دلیل انقباض در حین انجماد رخ می‌دهد. برای جلوگیری از آن، می‌توان از سرعت جوشکاری مناسب و مواد پرکننده سازگار استفاده کرد.
2. ترک سرد
این ترک‌ها معمولاً در دماهای پایین‌تر و به دلیل تنش‌های پسماند یا آلودگی سطحی رخ می‌دهند. استفاده از پیش‌گرم و تمیزکاری دقیق سطح می‌تواند مؤثر باشد.
3. تخلخل
ورود گازها به منطقه جوشکاری می‌تواند منجر به ایجاد حفره‌ها شود. استفاده از گاز محافظ مناسب و کنترل دقیق پارامترهای فرآیند از این عیب جلوگیری می‌کند.
نتیجه‌گیری
جوشکاری آلیاژهای نیکل نیازمند دانش عمیق از ویژگی‌های متالورژیکی این مواد و استفاده از تکنیک‌های مناسب است. رعایت اصول آماده‌سازی، انتخاب فرآیند و مواد مصرفی مناسب، و کنترل دقیق پارامترهای جوشکاری می‌تواند منجر به ایجاد اتصالات با کیفیت بالا شود.